Construção de LCD
Cada pixel de um LCD consiste nas seguintes peças: uma camada de moléculas de cristal líquido suspensas entre dois eletrodos transparentes (óxido de índio TIN) e dois filtros polarizadores com direções de polarização perpendiculares entre si por fora. Se não houver cristal líquido entre os eletrodos, a direção da polarização da luz que passa por um dos filtros polarizadores será completamente perpendicular ao segundo filtro polarizador, por isso está completamente bloqueado. No entanto, se a direção da polarização da luz que passa por um filtro polarizador for girada pelo cristal líquido, ele poderá passar pelo outro filtro de polarização. A rotação da direção da polarização da luz pelo cristal líquido pode ser controlada por um campo eletrostático, alcançando assim o controle da luz.
As moléculas de cristal líquido são muito suscetíveis à influência de campos elétricos externos e geram cargas induzidas. Quando uma pequena quantidade de carga é adicionada ao eletrodo transparente de cada pixel ou sub-pixel para gerar um campo eletrostático, as moléculas do cristal líquido serão induzidas por esse campo eletrostático para induzir cargas induzidas e gerar torque eletrostático, que altera o O arranjo rotacional original das moléculas de cristal líquido, alterando assim a amplitude de rotação da luz que passa. Altere um certo ângulo para que ele possa passar pelo filtro de polarização.
Antes que a carga seja adicionada ao eletrodo transparente, o arranjo das moléculas de cristal líquido é determinado pelo arranjo da superfície do eletrodo e a superfície química do eletrodo pode ser usada como semente de cristal. No cristal líquido TN mais comum, os eletrodos superior e inferior do cristal líquido são dispostos verticalmente. As moléculas de cristal líquido são dispostas em uma espiral e a direção da polarização da luz que passa através de um filtro de polarização gira após a passagem pelo chip líquido, para que possa passar por outro polarizador. Nesse processo, uma pequena parte da luz é bloqueada pelo polarizador e parece cinza do lado de fora. Depois que a carga é adicionada ao eletrodo transparente, as moléculas de cristal líquido serão dispostas quase completamente em paralelo ao longo da direção do campo elétrico, de modo que a direção da polarização da luz que passa através de um filtro de polarização não gira, a luz é completamente bloqueado. Neste momento, o pixel parece preto. Ao controlar a tensão, o grau de distorção do arranjo de moléculas de cristal líquido pode ser controlado para obter diferentes escalas de cinzas.
Alguns LCDs ficam pretos quando são expostos à corrente alternada, que destrói o efeito espiral do cristal líquido. Quando a corrente é desligada, o LCD se torna mais brilhante ou transparente. Esse tipo de LCD é comumente encontrado em laptops e LCDs baratos. Outro tipo de LCD comumente usado em LCDs de alta definição ou grandes TVs LCD é que, quando a energia é desligada, o LCD é opaco.
Para economizar energia, os LCDs usam um método de multiplexação. No modo de multiplexação, os eletrodos em uma extremidade são conectados em grupos, cada grupo de eletrodos é conectado a uma fonte de alimentação e os eletrodos na outra extremidade também são conectados em grupos, cada grupo está conectado à outra extremidade do poder fornecer. O design do agrupamento garante que cada pixel seja controlado por uma fonte de alimentação independente. O dispositivo eletrônico ou o software que impulsiona o dispositivo eletrônico controla a exibição do pixel, controlando a sequência liga/desliga da fonte de alimentação.
Os indicadores para testar LCDs incluem os seguintes aspectos importantes: tamanho da exibição, tempo de resposta (taxa de sincronização), tipo de matriz (ativo e passivo), ângulo de visualização, cores suportadas, brilho e contraste, resolução e proporção de tela e interface de entrada (como como interface visual e matriz de exibição de vídeo).
Breve História
Em 1888, o químico austríaco Friedrich Reinizer descobriu cristais líquidos e suas propriedades físicas especiais.
O primeiro LCD operacional foi baseado no modo de espalhamento dinâmico (DSM), desenvolvido por uma equipe liderada por George Hellmann na RCA. A Hellmann fundou a Optech, que desenvolveu uma variedade de LCDs com base nessa tecnologia.
Em dezembro de 1970, o efeito de campo nemático distorcido dos cristais líquidos foi patenteado na Suíça por Sint e Helfrich no Central Laboratories Hoffmann-Le Roque. No entanto, no ano anterior, em 1969, James Ferguson havia descoberto o efeito de campo nemático distorcido dos cristais líquidos na Kent State University, em Ohio, EUA, e registrou a mesma patente nos Estados Unidos em fevereiro de 1971. Em 1971, sua empresa (Ilixco ) produziu o primeiro LCD com base nessa propriedade, que logo substituiu o LCD do tipo DSM inferior. Não foi até 1985 que essa descoberta se tornou comercialmente viável. Em 1973, a Sharp Corporation do Japão o usou pela primeira vez para fazer exibições digitais para calculadoras eletrônicas. Nos anos 2010, os LCDs se tornaram os principais dispositivos de exibição para todos os computadores.
Princípio da exibição
Sem tensão, a luz se moverá ao longo da lacuna entre moléculas de cristal líquido e gira 90 graus, para que a luz possa passar. Mas após a tensão é adicionada, a luz se move diretamente ao longo da lacuna entre as moléculas de cristal líquido, de modo que a luz é bloqueada pelo filtro.
O cristal líquido é um material com características de fluxo; portanto, é necessária apenas uma força externa muito pequena para fazer com que as moléculas de cristal líquido se movam. Tomando o cristal líquido nemático mais comum como exemplo, as moléculas de cristal líquido podem facilmente girar pela ação do campo elétrico. Como o eixo óptico do cristal líquido é bastante consistente com seu eixo molecular, ele pode produzir efeitos ópticos. Quando o campo elétrico aplicado ao cristal líquido é removido e desaparece, o cristal líquido usará sua própria elasticidade e viscosidade, e as moléculas de cristal líquido retornarão rapidamente ao estado original antes que o campo elétrico seja aplicado.
Displays transmissivos e reflexivos
Os LCDs podem ser transmissivos ou reflexivos, dependendo de onde a fonte de luz é colocada.
Os LCDs transmissivos são iluminados por uma fonte de luz atrás da tela e vistos do outro lado (na frente) da tela. Esse tipo de LCD é usado em aplicações que requerem alto brilho, como monitores de computador, PDAs e telefones celulares. A iluminação usada para iluminar o LCD geralmente consome mais energia do que o próprio LCD.
Os LCDs reflexivos, comumente encontrados em relógios e calculadoras eletrônicas, (às vezes) iluminam a tela, refletindo a luz externa de uma superfície reflexiva difusa atrás do LCD. Esse tipo de LCD tem uma taxa de contraste mais alta porque a luz passa pelo cristal líquido duas vezes, por isso é cortado duas vezes. Não usar um dispositivo de iluminação reduz significativamente o consumo de energia, os dispositivos movidos a bateria duram mais. Como pequenos LCDs reflexivos consomem tão pouca energia que uma fotocélula é suficiente para alimentá -los, eles são frequentemente usados em calculadoras de bolso.
Os LCDs transfletivos podem ser usados como transmissivos ou reflexivos. Quando há muita luz externa, o LCD opera como um tipo reflexivo e, quando há menos luz externa, ele pode operar como um tipo transmissivo.
Exibição de cores
A tecnologia LCD também altera o brilho com base no tamanho da tensão. A cor exibida por cada subeleimento LCD depende do programa de triagem de cores. Como o próprio cristal líquido não tem cor, os filtros de cores são usados para produzir várias cores em vez de subelementos. O subelement só pode ajustar a escala de cinza, controlando a intensidade da luz que passa. Apenas alguns monitores de matriz ativa usam controle de sinal analógico e a maioria usa a tecnologia de controle de sinal digital. A maioria dos LCDs controlados digitalmente usa controladores de oito bits, que podem produzir 256 níveis de escala de cinza. Cada sub-elemento pode mostrar 256 níveis, para que você possa obter 2563 cores e cada elemento pode mostrar 16.777.216 cores. Como o olho humano não sente o brilho linearmente, e o olho humano é mais sensível a mudanças de baixo brilho, isso 24- cromaticidade bit não pode atender completamente aos requisitos ideais. Os engenheiros usam a regulação da tensão de pulso para fazer com que as alterações de cor pareçam mais uniformes.
Em um LCD de cores, cada pixel é dividido em três unidades ou sub-pixels, e filtros adicionais são marcados com vermelho, verde e azul, respectivamente. Os três sub-pixels podem ser controlados de forma independente, resultando em milhares ou até milhões de cores para o pixel correspondente. Os CRTs antigos usam o mesmo método para exibir cores. Dependendo da necessidade, os componentes de cores são organizados de acordo com diferentes geometrias de pixels.
Matrizes ativas e passivas
Uma exibição de cristal líquido comumente encontrado em relógios eletrônicos e computadores de bolso que consiste em um pequeno número de segmentos, cada um com um único contato de eletrodo. Um circuito dedicado externo fornece carga a cada unidade de controle, que pode ser complicada com mais unidades de exibição (como telas de cristal líquido). Exibições de cristal líquido de matriz passiva para pequenas exibições monocromáticas, como as de PDAs ou telas de laptop mais antigas, usam a tecnologia Nematic Super Twisted (STN) ou a camada dupla de camada dupla (DSTN) (DSTN (DSTN corrige o problema de desvio de cor do STN).
Cada linha ou coluna na tela possui um circuito independente e a posição de cada pixel também é especificada por uma linha e coluna. Esse tipo de exibição é chamado de "Array Passivo", porque cada pixel também precisa se lembrar de seu próprio estado antes de atualizar. Neste momento, cada pixel não possui suprimento de carga estável. À medida que o número de pixels aumenta, o número relativo de linhas e colunas também aumentará, e esse método de exibição se torna mais difícil de usar. Os LCDs feitos com matrizes passivos são caracterizados por tempos de resposta muito lentos e baixo contraste.
Os monitores de cores atuais de alta resolução, como monitores ou televisores de computadores, são matrizes ativas. Exibições de cristal líquido de transistor de filme fino são adicionadas a polarizadores e filtros coloridos. Cada pixel possui seu próprio transistor, permitindo controle de pixel único. Quando uma linha de coluna é ligada, todas as linhas de linha são conectadas a uma linha inteira de pixels e cada linha de linha é acionada com a tensão correta, a linha da coluna é desligada e a outra linha é ligada. Em uma operação completa de atualização de imagem, todas as linhas de coluna são ativadas em uma sequência de tempo. As exibições ativas do mesmo tamanho parecerão mais brilhantes e mais nítidas do que as telas de matriz passiva e terão um tempo de resposta curto.
Controle de qualidade
Alguns painéis de LCD contêm transistores defeituosos que causam manchas brilhantes e escuras permanentes. Ao contrário do ICS, os painéis LCD ainda podem ser exibidos normalmente, mesmo que haja pixels ruins. Isso também pode evitar descartar painéis LCD que são muito maiores que a área do IC por causa de alguns pixels ruins. Os fabricantes de painéis têm padrões diferentes para determinar pixels ruins.
Os painéis LCD têm maior probabilidade de ter defeitos do que as placas de IC devido ao seu tamanho maior. Por exemplo, a {{0}} polegada svga lcd tem 8 pixels ruins, enquanto uma bolacha 6- polegada tem apenas 3 defeitos. No entanto, 3 defeitos em uma bolacha que pode ser particionada em 137 ICS não é muito ruim, mas descartar o painel LCD significa 0% de saída. Devido à concorrência feroz entre os fabricantes, foram aumentados os padrões de controle de qualidade. Se um LCD tiver quatro ou mais pixels ruins, é mais fácil detectar, para que o cliente possa solicitar uma substituição. A localização do pixel ruim no painel LCD também não é insignificante. Os fabricantes geralmente diminuem os padrões porque os pixels danificados estão no centro da tela. Alguns fabricantes fornecem uma garantia de pixels ruins zero.
Consumo de energia
Os LCDs da matriz ativa usam menos potência que o CRTS. De fato, eles se tornaram a exibição padrão para dispositivos portáteis, de PDAs a laptops. Mas a tecnologia LCD ainda é muito ineficiente: mesmo que você gire a tela branca, menos de 10% da luz emitida da fonte de luz de fundo passa pela tela; O resto é absorvido. Portanto, os novos monitores de plasma agora usam menos energia do que os LCDs da mesma área.
PDAs, como Palm e Compaqipaq, geralmente usam telas reflexivas. Isso significa que a luz ambiente entra na tela, passa pela camada de cristal líquido polarizada, atinge a camada reflexiva e depois reflete de volta para exibir a imagem. Estima-se que 84% da luz seja absorvida nesse processo; portanto, apenas um sexto da luz é usado, que, embora ainda exista espaço para melhorias, é suficiente para fornecer o contraste necessário para o vídeo visível. A reflexão unidirecional e as exibições reflexivas possibilitam o uso de telas LCD com consumo mínimo de energia sob diferentes condições de iluminação.
Exibição de potência zero
Em 2000, foi desenvolvido uma tela de potência zero que não usa eletricidade no modo de espera, mas essa tecnologia não está disponível no momento para produção em massa. A Nemoptic, uma empresa francesa, desenvolveu outra tecnologia de LCD de filmes finos de poder zero, produzido em massa em Taiwan em julho de 2003. Essa tecnologia é direcionada a dispositivos móveis de baixa potência, como e-books e computadores portáteis. Os LCDs de potência zero também competem com papel eletrônico.